Trng THPT Chu Vn An. B mụn Vt lớ H v tờn HS .Lp 12A . Ngy lm TH BO CO THC HNH Bài 13 - Thí nghiệm thực hành Bài số 1 XC NH CHU Kè DAO NG CA CON LC Lề XO HOC CON LC N V GIA TC TRNG TRNG I. Mục đích thí nghiệm 1. Khảo sát ảnh hởng của biên độ , khối lợng m của quả nặng và độ dài l của dây treo đối với chu kì dao động T của con lắc đơn. 2. Xác định gia tốc trọng trờng g bằng con lắc đơn theo công thức : 2 2 4 T l g = (1) 3. Khảo sát ảnh hởng của khối lợng m của quả nặng và độ cứng k của lò xo đối với chu kì dao động T của con lắc lò xo. 4. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công thức tính chu kì T của con lắc lò xo : k m T 2 = (2) Dụng cụ thí nghiệm 1 Hình 1. Bộ thiết bị thí nghiệm Khảo sát dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo. 1 2 3 4 5 11 6 7 8 9 10 1. Giá đỡ bằng nhôm, cao 75cm, có thanh ngang treo con lắc. 2. Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng. 3. Thớc thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ. 4. Dây sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 70 cm. Bộ 2 viên bi thép khối lợng khác nhau, có móc treo. 5. Ròng rọc bằng nhựa, đờng kính D 5 cm, có khung đỡ trục quay. 6. Thanh ke nhôm, dài 10 cm. 7. Bộ 2 lò xo xoắn có độ cứng khác nhau. 8. Bộ 2 quả nặng loại 50 g, lồng trên thanh trụ có lỗ treo ở một đầu. 9. B cng hng c gm 3 con lc n v mt con lc ch, thanh treo cú trc quay. 10.Đng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s. 11. Cổng quang điện hồng ngoại, có trụ thép dài 10 cm, dây nối và giắc cắm 5 chân. Phần I . khảo sát dao động của con lắc đơn I. Tiến hành thí nghiệm 1. Khảo sát ảnh hởng của biên độ đối với chu kì dao động T của con lắc đơn. a) Nối cổng quang điện với ổ cắm A ở mặt sau đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 3). Gạt núm chọn thang đo sang vi trí 9,999s. Vặn núm chuyển mạch MODE sang vị trí T để đo từng chu kì dao động của con lắc. Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian vào nguồn điện ~ 220V. Bấm công-tắc K ở mặt sau của nó để các chữ số hiển thị trên cửa sổ Thời gian. b) Treo viên bi có khối lợng m 1 vào đầu dới của một sợi dây mảnh, dài và không dãn. Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng. Đặt thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáy viên bi) ứng với độ dài L trên thớc milimét. Quay ròng rọc để thả dần sợi dây cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Nếu gọi r là bán kính viên bi, thì độ dài l của con lắc đơn tính bằng l = L - r . 2 Hình 2 Bộ thiết bị thí nghiệm Khảo sát dao động của con lắc đơn. Xác định gia tốc trọng trờng. c) Điều chỉnh dây treo để con lắc đơn khối lợng m 1 có độ dài l 1 =500 mm. Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm ngang với vị trí của tâm viên bi, cách tâm này một khoảng a 1 30 mm. Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của cổng quang điện, rồi buông tay thả cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu. Khi đó biên độ dao động của con lắc đơn bằng 1 (với 06,0 500 30 tan 1 1 1 === l a thì 0 1 5,3 ). Sau 2ữ3 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo từng chu kì đao động T của con lắc đơn. Thực hiện 3 lần phép đo này. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 1. d) Giữ nguyên khối lợng m 1 và độ dài l 1 = 500 mm của con lắc đơn. Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm ngang với vị trí của tâm viên bi, cách tâm này một khoảng a 2 50 mm ứng với biên độ 2 (với 0 2 7,5 ). Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì dao động T của con lắc đơn. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 1. 2. Khảo sát ảnh hởng của khối lợng m đối với chu kì dao động T của con lắc đơn. Giữ nguyên độ dài l 1 = 500 mm và biên độ 2 . Thay viên bi khối lợng m 1 bằng viên bi khối lợng m 2 . Thực hiện 3 lần phép đo chu kì T. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 1. 3. Khảo sát ảnh hởng của độ dài l đối với chu kì dao động T của con lắc đơn. Giữ nguyên viên bi khối lợng m 2 và biên độ 2 . Điều chỉnh dây treo để con lắc có độ dài l 2 = 600 mm. Thực hiện 3 lần phép đo chu kì T. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 1. Bảng 1 Con lắc đơn Khối lợng m Biên độ Độ dài l (mm) Chu kì dao động T T 1 T 2 T 3 T max )( T 1 m 1 1 l 1 = 500 2 m 1 2 l 1 = 500 3 m 2 2 l 1 = 500 4 m 2 2 l 2 = 400 III. Kết quả thí nghiệm 1. Tính giá trị trung bình của chu kì dao động : 3 321 TTT T ++ = và xác định sai số tuyệt đối cực đại max )( T của chu kì dao động đối với mỗi con lắc đơn trong Bảng 1. 2. Căn cứ giá trị của T và max )( T tìm đợc trong Bảng 1, hãy cho biết : a) Biên độ có ảnh hởng đến chu kỳ dao động T của con lắc đơn không ? . b) Khối lợng m có ảnh hởng đến chu kỳ dao động T của con lắc đơn không ? . 3 Hình 3. Đồng hồ đo thời gian hiện số a) mặt trớc ; b) mặt sau c) Độ dài l có ảnh hởng đến chu kỳ dao động T của con lắc đơn không ? . d) Tính các tỉ số sau đây đối với con lắc đơn số 3 và số 4 trong Bảng 1 : 3 2 == l T ; 4 2 == l T So sánh hai tỉ số trên, từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của chu kỡ dao động T của con lắc đơn vào độ dài l của nó. 3. Kết luận : Chu kì dao động của con lắc đơn có biên độ nhỏ ( < 9 0 ) tại cùng một nơi trên mặt đất, không phụ thuộc ., chỉ phụ thuộc theo tỉ lệ T ~ Kết quả này với công thức lí thuyết : g l T 2 = . 4. Xác định gia tốc trọng trờng g bằng con lắc đơn số 4 theo công thức (1) : - Giá trị trung bình : 2 2 4 T l g = = (m/s 2 ) - Sai số tuyệt đối : + T T l l gg max )( 2. = (m/s 2 ) - Kết quả phép đo : ggg = = . (m/s 2 ) Phần II . khảo sát dao động của con lắc lò xo II. Tiến hành thí nghiệm 1. Xác định độ cứng của lò xo (dùng tạo ra con lắc lò xo) a) Treo lò xo A vào thanh ngang của giá đỡ. Vặn các vít của đế ba chân để điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng. Móc thanh treo mang quả nặng m 0 = 50g vào đầu dới của lò xo A. Đặt thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ và dịch chuyển thanh ke cho tới khi cạnh ngang của nó tiếp xúc với đáy quả nặng m 0 . Thực hiện 3 lần phép đo này. Đọc và ghi vị trí l 0 của đáy quả nặng m 0 trên thớc milimét trong mỗi lần đo vào Bảng 2. b) Lồng thêm 2 quả nặng m 0 vào cùng thanh treo, rồi móc nó với đầu dới của lò xo A để tổng khối lợng của các quả nặng này là m = 150 g. Thực hiện 3 lần phép đo này. Ghi vị trí tơng ứng l của đáy quả nặng m trong mỗi lần đo vào Bảng 2. c) Làm lại thí nghiệm này với lò xo B. Ghi vị trí l 0 của đáy quả nặng m 0 và vị trí l của đáy quả nặng m trong mỗi lần đo vào Bảng 2. d) Độ cứng của hai lò xo A và B đợc tính theo công thức : 0 ll = mg k Bảng 2 Lần đo (với m = 150 g) Lò xo A Lò xo B l 0 l l 0 l 1 2 3 Trung bình 0 = l = l . 0 = l = l Độ cứng = A k (N/m) = B k (N/m) 2. Khảo sát ảnh hởng của độ cứng k của lò xo đối với chu kì dao động T. a) Treo lò xo A mang quả nặng m = 150 g vào giá đỡ. Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm sát ngay chính giữa đáy quả nặng m dọc theo phơng đứng. Kéo quả nặng m thẳng đứng xuống 4 phía dới để lò xo A dãn dài thêm khoảng 10 mm, rồi buông tay thả cho con lắc lò xo dao động không vận tốc đầu. Khi đó biên độ dao động của con lắc lò xo bằng a 1 10 mm. Sau 2ữ3 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo từng chu kì đao động T của con lắc lò xo. Thực hiện 3 lần phép đo này. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 3. c) Làm lại thí nghiệm này với lò xo B mang quả nặng có cùng khối lợng m = 150 g. Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì T của con lắc. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 3. 3. Khảo sát ảnh hởng của khối lợng m của quả nặng đối với chu kì dao động T. Treo lò xo A mang quả nặng có khối lợng m = 100 g vào giá đỡ. Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì đao động T của con lắc lò xo này. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 3. Bảng 3 Con lắc lò xo Độ cứng k (N/m) Khối lợng m (g) Chu kì dao động T T 1 T 2 T 3 T max )( T 1 k A = m = 150 2 B k = m = 150 3 B k = m = 100 III. Kết quả thí nghiệm 1. Tính giá trị trung bình của chu kì dao động : 3 321 TTT T ++ = và xác định sai số tuyệt đối cực đại max )( T của chu kì dao động đối với mỗi con lắc lò xo trong Bảng 3. 2. Tính các tỉ số sau đây đối với các con lắc lò xo số 1, 2, 3 trong Bảng 3 : ( ) . 1 2 == A kT ( ) . 2 2 == B kT 5 Hình 4. Bộ thiết bị thí nghiệm Khảo sát dao động của con lắc lò xo. . 2 2 == m T . 3 2 == m T 3. So sánh các cặp tỉ số sau đây : ( ) 1 2 A kT và ( ) 2 2 B kT ; 2 2 m T và 3 2 m T . Từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc lò xo vào độ cứng k của lò xo và khối lợng m của quả nặng tạo thành con lắc đó. 4. Kết luận : Chu kì dao động T của con lắc lò xo tỉ lệ nghịch với của lò xo và tỉ lệ thuận với của quả nặng tạo thành con lắc đó. Kết quả này phù hợp với lí thuyết : T ~ k m . 5. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công thức tính chu kì T của con lắc lò xo : a) Căn cứ vào giá trị của độ cứng k và khối lợng m ghi trong Bảng 3 đối với một con lắc lò xo nào đó tuỳ ý chọn, ví dụ chọn con lắc lò xo số 1 chẳng hạn, tính chu kì dao động T theo công thức lí thuyết (2) : k m T 2 = = .= . (s) b) So sánh giá trị chu kì dao động T con lắc lò xo tính theo công thức lí thuyết (2) với giá trị trung bình T của chu kì dao động đối với con lắc lò xo này đo đợc bằng thí nghiệm trong giới hạn sai số max )( T ghi trong Bảng 3 . Từ đó nhận xét xem công thức lí thuyết (2) tính chu kì dao động của con lắc lò xo có phù hợp với kết quả đo bằng thực nghiệm không ? . Với phơng án 2: TH NGHIM O - Máy vi tính. - Phần mềm thí nghiệm ảo. - Cài đặt phần mềm vào máy tính. - Giấy kẻ ô milimét để vẽ đồ thị. 6. Tr li cỏc cõu hi: s: Cõu 1 2 3 4 A trc nghim: s A001 Cõu 1. Chọn câu Đúng. Trong thí nghiệm với con lắc đã làm, khi thay quả nặng 50g bằng quả nặng 20g thì: A. chu kỳ của nó tăng lên rõ rệt. B. Chu kỳ của nó giảm đi rõ rệt. C. Tần số của nó giảm đi nhiều. D. Tần số của nó hầu nh không đổi. 6 Cõu 2. Chọn phát biểu ỳng. Trong thí nghiệm với con lắc lò xo thẳng đứng và con lắc lò xo nằm ngang thì gia tốc trọng trờng g A. chỉ ảnh hởng tới chu kỳ dao động của con lắc thẳng đứng. B. không ảnh hởng tới chu kỳ dao động của cả con lắc thẳng đứng và con lắc nằm ngang. C. khụng ảnh hởng tới chu kỳ dao động của con lắc lò xo nằm ngang. D. ch ảnh hởng tới chu kỳ con lắc lò xo nằm ngang. Cõu 3. Cùng một địa điểm, ngời ta thấy trong thời gian con lắc A dao động đợc 10 chu kỳ thì con lắc B thực hiện đợc 6 chu kỳ. Biết hiệu số độ dài của chúng là 16cm. Độ dài của mỗi con lắc là:. A. 6cm và 22cm. B. 9cm và 25cm. C. 12cm và 28cm. D. 25cm và 36cm. Cõu 4. Một con lắc lò xo dao động điều hoà theo phơng tạo thành 45 0 so với phơng nằm ngang thì gia tốc trọng trờng A. không ảnh hởng đến tần số dao động của con lắc. B. không ảnh hởng đến chu kỳ dao động của con lắc. C. làm tăng tần số dao động so với khi con lắc dao động theo phơng nằm ngang. D. làm giảm tần số dao động so với khi con lắc dao động theo phơng nằm ngang. trc nghim: s B002 Cõu 1. Chọn câu Đúng. Trong thí nghiệm với con lắc đã làm, khi thay quả nặng 50g bằng quả nặng 20g thì: A. chu kỳ của nó tăng lên rõ rệt. B. Chu kỳ của nó giảm đi rõ rệt. C. Tần số của nó giảm đi nhiều. D. Tần số của nó hầu nh không đổi. Cõu 2. Chọn phát biểu ỳng. Trong thí nghiệm với con lắc lò xo thẳng đứng và con lắc lò xo nằm ngang thì gia tốc trọng trờng g A. chỉ ảnh hởng tới chu kỳ dao động của con lắc thẳng đứng. B. không ảnh hởng tới chu kỳ dao động của cả con lắc thẳng đứng và con lắc nằm ngang. C. khụng ảnh hởng tới chu kỳ dao động của con lắc lò xo nằm ngang. D. ch ảnh hởng tới chu kỳ con lắc lò xo nằm ngang. Cõu 3. Cùng một địa điểm, ngời ta thấy trong thời gian con lắc A dao động đợc 10 chu kỳ thì con lắc B thực hiện đợc 6 chu kỳ. Biết hiệu số độ dài của chúng là 16cm. Độ dài của mỗi con lắc là:. A. 6cm và 22cm. B. 9cm và 25cm. C. 12cm và 28cm. D. 25cm và 36cm. Cõu 4. Một con lắc lò xo dao động điều hoà theo phơng tạo thành 45 0 so với phơng nằm ngang thì gia tốc trọng trờng A. không ảnh hởng đến tần số dao động của con lắc. B. không ảnh hởng đến chu kỳ dao động của con lắc. C. làm tăng tần số dao động so với khi con lắc dao động theo phơng nằm ngang. D. làm giảm tần số dao động so với khi con lắc dao động theo phơng nằm ngang. 7 . kì dao động T T 1 T 2 T 3 T max )( T 1 m 1 1 l 1 = 500 2 m 1 2 l 1 = 500 3 m 2 2 l 1 = 500 4 m 2 2 l 2 = 400 III. Kết quả thí nghiệm 1. Tính giá trị. (2) Dụng cụ thí nghiệm 1 Hình 1. Bộ thiết bị thí nghiệm Khảo sát dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo. 1 2 3 4 5 11 6 7 8 9 10 1. Giá đỡ bằng nhôm,